Текст книги "100 великих научных открытий"

Природный газ

Само понятие «газ» (от греч. «хаос» – сияющее пространство) возникло в XVII в. благодаря голландскому химику Я. Б. ван Гельмонту (1580—1644). Ученому удалось разложить воздух на две части: одна из них поддерживала горение, а другая нет. Но поскольку обе они заполняли все доступное пространство без особого изменения своих свойств, чем и отличались от жидкостей и твердых тел, Гельмонт назвал их газами.

В широкий же научный обиход слово «газ» ввел А. Лавуазье (1743―1794), доказав, что углекислый газ (диоксид углерода) – это соединение кислорода с «углем» (углеродом), а вода – соединение кислорода с водородом.

Впрочем, с природным горючим газом (смесью газов, которые образуются в земных недрах путем бескислородного разложения органических веществ) человечество сталкивалось с древнейших времен. Выходя под давлением по трещинам из-под земли, газы нередко воспламенялись, потому люди дали им название «вечные огни». Такие природные факелы были широко распространены в Месопотамии, Иране, у подножий Кавказского хребта, в Северной Америке, Индии, Китае, на Малайских островах и считались священными. Люди поклонялись им, как божеству, и строили рядом храмы.

Первенство в открытии свойств горючего газа принадлежит зороастрийцам, которые издревле почитали естественные факелы на месте стихийных выходов газа на поверхность.

Наибольшее количество подобных явлений наблюдалось в Иране и Азербайджане. Вплоть до позапрошлого века над участками долин, горящими ярким пламенем, возводились святилища и проводились религиозные обряды. Одно из таких мест – Атешгях, что значит «дом огня», «место огня», – находится в 30 км от центра Баку, на юго-восточной окраине селения Сураханы Апшеронского полуострова.

Кроме того, существует предание, что примерно за 1000 лет до н. э. один пастух, выпасавший коз у горы Парнас, которая возвышается над греческим городом Дельфы, увидел вырывавшийся из расщелины огонь. Испугавшись, пастух побежал в деревню и рассказал о случившемся, но когда вернулся к скале с отрядом воинов, то обнаружил, что огонь погас. Так родилась легенда о том, что бог солнца Аполлон убил огнедышащего дракона Пифона, охранявшего вход в пещеру, где человек мог узнать будущее. Греки возвели на том месте храм Аполлона, и в нем поселилась предсказательница Пифия.

Первое упоминание об использовании «голубого золота» для приготовления еды относится к I в. н. э., когда персидский царь приказал построить дворцовую кухню аккурат на месте выхода газа. Впервые в истории уголь и древесина были заменены летучим топливом, однако вскоре оказалось, что такое использование газа слишком расточительно, ведь перекрыть подожженный единожды природный источник невозможно.

Уже в Средние века путешественник Марко Поло (1254– 1324) отмечал в своих записках, что в некоторых районах Китая природный газ применялся для отопления и освещения. Пару столетий спустя путешественник Энгельберт Кемпфер стал свидетелем того, как жители Апшеронского полуострова используют горючий газ для обжига известняков и приготовления пищи. Более широкое практическое применение этого полезного ископаемого началось лишь в середине XVIII в., хотя для освещения люди все еще использовали светильный газ, получаемый при переработке угля, а для отопления – тот же уголь или нефть.

В 1790-х французский инженер путей сообщения Филипп Лебон начал опыты по получению светильного газа посредством сухой перегонки древесины. Однажды он «бросил горсть древесных опилок в стоявший на огне стеклянный сосуд. Из сосуда поднялся густой дым и, вспыхнув, дал прекрасное яркое пламя». 30 ноября 1799 г. Лебон предложил правительству Франции свой газовый аппарат – «термолампу», которая вырабатывала горючий газ путем сухой перегонки дерева и распределяла свет и тепло по всем комнатам. Власти не прониклись этой идеей, но изобретатель не отчаялся и устроил презентацию в собственном доме – зажег во дворе и саду 1000 газовых рожков-фонарей. В 1801 г. его посетили русские князья В. Долгоруков и Д. Голицын с предложением переехать в Россию, но Лебон отказался. Через три года он умер, а подмастерья газовых дел разбрелись по всей Европе.

В 1813 г. в Англии под управлением Самуила Клэге был построен завод по производству искусственного газа из каменного угля для освещения улиц. Вслед за англичанами газовое освещение ввели и немцы, а французы, как ни странно, начали использовать его только в 1819 г., когда искусственным газом были освещены центральные улицы Парижа и зал Музыкальной академии при дворе Людовика XVIII.

Природный газ начал занимать весомое место в мировой энергетике лишь с развитием автопромышленности, коммунальных отопительных систем и нефтепереработки. В 1813 г. химик Гемфри Дэви провел анализ рудничного газа и сделал вывод, что он представляет собой смесь метана CH₄ с небольшим количеством азота N₂ и углекислого газа СО₂, то есть по составу такой газ аналогичен болотному. Позже было открыто, что в состав газа могут входить тяжелые углеводороды (этан, пропан и бутан), а также водород, сероводород, гелий и т. д.

В 1910 г. автолюбитель из американского города Питтсбург обратил внимание на то, что купленный им бензин очень быстро испаряется, и сразу же отправился к знакомому химику Уолтеру Снеллингу, дабы выяснить, в чем причина. Исследовав топливо, Снеллинг обнаружил, что в него входит смесь пропана, бутана и других углеводородных газов, а через несколько лет сконструировал установку деления бензина на жидкие и газообразные составляющие. Первое авто на сжиженном углеводородном газе было испытано в 1913 г., а чуть позже Снеллинг продал патент на пропан за $50 000. К середине ХХ в. люди поняли, что газ можно использовать не только в качестве топлива, но и для варки стекла, закалки металла, опалки тканей, отопления помещений, и началась активная добыча этого полезного ископаемого.

Природный газ находится под землей под давлением, во много раз превышающим атмосферное, и, как только скважина, пробуренная специальной буровой установкой, достигает пласта, на поверхность вырывается мощный газовый поток. Чтобы буровая установка не повредилась и не случилось самовозгорания, поток перекрывают специальными стальными задвижками, после чего под отрегулированным давлением направляют в трубопроводы. Продвигаясь по трубопроводу и преодолевая силу трения, газ теряет потенциальную силу, поэтому на его пути устанавливаются компрессорные станции, которые дожимают его до нужного давления и охлаждают. Поскольку чистый природный газ не пахнет, для определения утечки в него добавляют вещества с резким неприятным запахом (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц).

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива: при его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами горючего. Однако в целом люди сжигают огромное количество разного топлива, что ведет к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере и парниковому эффекту. В связи с этим в 1997 г. был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта, и к 26 марта 2009 г. его ратифицировала 181 страна мира.

Синтез органических веществ из неорганических

Вплоть до XIX в. в естественных науках господствовала концепция витализма. Химики и биологи полагали, будто в веществах, составляющих организмы растений и животных, присутствует некая загадочная «жизненная сила», которая делает невозможным получение органических веществ из неорганических – ведь у последних просто отсутствует необходимый компонент.

Так, шведский химик Йенс Якоб Берцелиус (1779—1848) считал, что в органическом мире действуют иные силы и законы, нежели в неорганическом. У неорганических веществ сильно проявляются электрохимические свойства, и получить эти вещества (в том числе благородные металлы) можно лишь с помощью химических превращений. Отличительной же особенностью органических соединений, по мнению Берцелиуса, является специфическое происхождение и соответствующие свойства, поэтому «тела растительного и животного царств» можно выделить лишь из «живой материи» – частей растений, животных и человека, а также из продуктов их жизнедеятельности. «Существо живого тела, – писал Берцелиус, – заключается не в его неорганических элементах, а в чем-то другом, что в состоянии склонить неорганические, общие для всех живых тел элементы к осуществлению определенных, своеобразных для каждого рода результатов. Это нечто, называемое нами жизненной силой, целиком лежит вне неорганических элементов и не является одним из первоначальных свойств, как вес, непроницаемость, электрическая полярность и прочее. Что оно собой представляет, где его начало и где конец – мы не знаем».

В то же время ученый считал, что поскольку неизвестно, «где начало и где конец» жизненной силы, то объяснить все процессы, протекающие в «живых телах» (организмах), действием только этой силы нельзя. «Значит, – делал он вывод, – нам остается найти в самих органических процессах те своеобразные условия, при которых в них действуют общие природные силы. Но те же силы предполагают наличие одних и тех же законов природы. Отсюда следует, что наши знания о законах соединения элементов в неорганической природе должны быть целиком применимы и к соединениям этих элементов в органической природе».

И все же Берцелиус сомневался, что можно получить органические вещества из неорганических путем синтеза, считая такой синтез «несовершенным подражанием» природе. Одним из первых, кто осуществил «подражание», был ученик Берцелиуса, немецкий химик и врач по образованию Фридрих Вёлер (1800—1882).

Большую часть своей профессиональной жизни Фридрих отдал изучению и преподаванию органической химии. В частности, исследовал свойства мочевой кислоты и алкалоидов опия, а также открыл щавелевую кислоту. Но самое значимое свое открытие Вёлер совершил почти случайно.

В 1822 г. он получил соли циановой кислоты и установил ее состав (HOCN), который оказался тождественным составу гремучей кислоты (CNOH). Соотечественник Вёлера, Ю. Либих, который тоже исследовал эту кислоту, усомнился в правильности данных Фридриха и написал ему, что анализ циановой кислоты проведен неточно. Вёлер вновь повторил опыты и убедился – результаты получаются прежними. Не зная, чем это вызвано, он обратился за помощью к Берцелиусу, и тот, сопоставив данные обоих химиков, пришел к выводу, что среди органических веществ обнаружены соединения одинакового состава, но с разными свойствами. Это явление Берцелиус назвал изомерией.

В том же 1822 г., изучая циановую кислоту и ее соединения, Вёлер собирался приготовить циановокислый аммоний (NH₄CNO), однако в процессе синтеза получил вещество, которое не реагировало ни как аммоний, ни как циановая кислота. После серии дополнительных исследований стало ясно, что полученные кристаллы не что иное, как мочевина, или диамид угольной кислоты (NH₂)₂CO, ― органическое соединение, которое, как оказалось, вполне можно получить и без добавления «жизненной силы».

В письме к Берцелиусу Вёлер заявил, что может «делать мочевину, не нуждаясь при этом в почках». Однако тут же высказал сомнение: «Можно ли рассматривать это искусственное получение мочевины как пример создания органического вещества из неорганического? Ведь для того, чтобы получить циановую кислоту (а также аммиак), мы должны исходить из органического вещества, и «натурфилософ» сказал бы, что животный уголь, равно как и полученные из него циановые соединения, все еще сохраняют в себе нечто из органической природы. А потому вполне естественно, что из них можно получить какое-нибудь другое органическое вещество». Берцелиус не ответил прямо на вопрос Вёлера, но поздравил его с «красивым открытием».

Как ни странно, даже после того, как Вёлер опубликовал результаты своих экспериментов, многие ученые не отказались от концепции витализма и «жизненной силы». Несколько лет синтез мочевины из неорганических веществ рассматривался скорее в качестве исключения из общего правила, несмотря на то, что в 1824 г. Вёлер выделил щавелевую кислоту – вещество растительного происхождения – из «неорганического» газа дициана.

Витализм как концепция ушел из химии лишь в 1860-х, когда французский химик М. Бертло синтезировал целый ряд органических соединений, от простейших углеводородов до жиров и спиртов, а русский ученый А. Бутлеров сформулировал основные положения теории строения органических веществ.

Водород

Водород – самый распространенный химический элемент во Вселенной. Он составляет примерно половину массы Солнца и других звезд, а также межзвездного пространства и газовых туманностей. На Земле водород находится в связанном состоянии – в виде соединений. Вместе с углеродом он входит в состав нефти, природных газов и всех живых организмов. Немного свободного водорода содержится и в воздухе, но там его совсем мало – 0,00005 %. В атмосферу он попадает из вулканов.

Еще средневековый ученый Парацельс заметил, что при действии кислот на железо выделяются пузырьки какого-то «воздуха», но что это такое – объяснить не смог. Теперь известно, что это был водород.

Латинское название элемента Hydrogenium состоит из двух греческих слов – «вода» и «рождаю», то есть «рождающий воду». Так в XVIII в. его назвал французский естествоиспытатель А. Лавуазье. Понятие «водород» было предложено в 1824 г. русским химиком М. Соловьевым по аналогии с «кислородом». А до XIX в. в химической литературе России можно было встретить названия «горючий газ», «загораемый воздух», «водотвор», «водородный газ», «водотворное существо».

Очень долго опыты по изучению и открытию газов оставались без внимания, поскольку ученые попросту не замечали этих невидимых веществ. Лишь со временем стало ясно, что газ – полноценная материя, без исследования которой невозможно полностью понять химическую основу мира.

Открытие водорода произошло еще на заре развития химии как науки. Горение этого газа наблюдали Парацельс, Р. Бойль и другие ученые, а М. Ломоносов в 1745 г. описал получение кислорода при действии кислот на металлы. Тем не менее большинство ученых в те годы были приверженцами теории флогистона – гипотетической «сверхтонкой огненной субстанции», якобы наполняющей все горючие вещества и высвобождающейся из них при горении.

Гипотезу о флогистоне высказывал даже химик Генри Кавендиш (1731—1810), который более или менее подробно исследовал свойства водорода и дал ему название «горючий воздух». В частности, Кавендиш обнаружил, что водород – необычайно легкий газ, в 14 раз легче воздуха, и наполненный им резиновый шарик непременно взлетит в небо. Первый воздушный шар, построенный братьями Монгольфье, был наполнен дымом от горения шерсти и соломы: видимо, братья не были знакомы с законами физики и наивно полагали, будто эта смесь образует «электрический дым», способный поднять их легкий шар. А вот физик Ж. А. Шарль наполнил шар водородом, и этот летательный аппарат (шарльер), в отличие от детища Монгольфье (монгольфьера), не только взлетел, но и одолел 20 км за 45 мин.

В декабре 1783 г. Шарль в сопровождении физика Ф. Робера в присутствии 400 000 зрителей предпринял первый полет на воздушном шаре, заполненном водородом. А в 1804 г. Ж. Л. Гей-Люссак (также не один, а вместе с физиком Ж.-Б. Био) поставил рекорд высоты, поднявшись на водородном шаре на 7 км.

Между тем к концу XVIII в., используя новые лабораторные приборы, Лавуазье впервые осуществил водный синтез, а затем пропустил водяные пары через раскаленную докрасна железную трубку с железными опилками. Кислород из воды прочно соединился с железом, а водород выделился в свободном виде. Благодаря этому опыту стало понятно, что водород присутствует в составе воды, более того, может быть выделен из нее. Сейчас водород тоже получают из воды, но другим способом – с помощью электролиза.

Примечательно, что при составлении таблицы простых веществ Лавуазье поместил водород в один ряд с кислородом, азотом, светом и теплородом – поскольку эти вещества представлены во всех трех царствах природы и являются неотъемлемой частью любых тел.

В конце XIX в. исследованием водорода занимался русский химик Д. Менделеев. И вот какой вывод сделал: «Водород представляет пример газа, на первый взгляд не отличающегося от воздуха… Парацельс, открывший, что при действии некоторых металлов на серную кислоту получается воздухообразное вещество, не определил его отличия от воздуха. Действительно, водород бесцветен и не имеет запаха, так же как воздух; но при ближайшем знакомстве с его свойствами этот газ оказывается совершенно отличным от воздуха».

Уже в ХХ в. ученые обнаружили изотопы этого элемента. В конце 1931 г. группа американских физиков – Г. Юри со своими учениками Ф. Брикведде и Дж. Мерфи – взяли 4 л жидкого водорода и подвергли его фракционной перегонке, получив в остатке всего 1 мл, то есть уменьшив объем в 4000 раз. Этот последний миллилитр жидкости, оставшийся после ее испарения, был исследован спектроскопическим методом, и на спектрограмме обогащенного водорода Юри заметил новые, очень слабые линии, отсутствующие у обычного элемента. При этом положение линий в спектре точно соответствовало квантово-механическому расчету предполагаемого атома²H. Соотношение интенсивностей линий нового изотопа (Юри назвал его дейтерием по числу входящих в ядро элементарных частиц – 1 протона и 1 нейтрона) и обычного водорода показало, что в исследованном обогащенном образце количество нового изотопа в 800 раз меньше, чем обычного водорода.

После спектроскопического обнаружения дейтерия было предложено разделить изотопы водорода электролизом. Эксперименты показали, что при электролизе воды легкий водород действительно выделяется быстрее, чем тяжелый. Именно эти опыты стали ключевыми для получения тяжелого водорода. Статья, в которой сообщалось об открытии дейтерия, была напечатана весной 1932 г., а уже в июле появились результаты по электролитическому разделению изотопов. В 1934 г. за открытие тяжелого водорода Юри получил Нобелевскую премию по химии.

В том же году в английском журнале Nature была опубликована небольшая заметка, подписанная М. Л. Олифантом, П. Хартеком и Резерфордом (фамилия лорда Резерфорда не требовала при публикации инициалов). Несмотря на скромное название заметки «Эффект трансмутации, полученный с тяжелым водородом», она сообщала миру о выдающемся результате – искусственном выделении третьего изотопа водорода, трития.

В 1946 г. известный авторитет в области ядерной физики, лауреат Нобелевской премии У. Ф. Либби предположил, что тритий непрерывно образуется в ходе атмосферных ядерных реакций. Однако в природе трития так мало (1 атом³Н на 10¹⁸ атомов¹Н), что обнаружить его удалось только по слабой радиоактивности.

Открытие водорода оказалось очень важным не только для науки, но и для других сфер человеческой деятельности. Сейчас этот элемент используют для получения аммиака, необходимого в производстве удобрений и многих других веществ. Из жидких растительных масел с помощью водорода получают твердые жиры, похожие на сливочное масло и применяемые в пищевой промышленности. При производстве изделий из кварцевого стекла требуется очень высокая температура, и здесь водород тоже находит применение: горелка с водородно-кислородным пламенем дает температуру выше 2000 °С, при которой кварц легко плавится. Также водород часто используют в лабораторных экспериментах, а хранят под давлением в стальных баллонах, для безопасности прикрепленных к стене с помощью специальных хомутов.

Кислород и теория горения

На открытие кислорода претендуют сразу трое ученых: шведский химик Карл Вильгельм Шееле, английский священник Джозеф Пристли и французский химик Антуан Лавуазье.

Первым, кто получил относительно чистую пробу кислорода, был Карл Шееле (1742—1786). Работы Шееле охватывают всю химию того времени: учение о газах, химический анализ, химию минералов, начала органической химии. В 1769 г. он выделил из соли – «винного камня» (гидротартрата калия) – винную кислоту. В 1774 г., исследуя пиролюзит («черную магнезию»), показал, что это вещество является соединением неизвестного металла, впоследствии названного марганцем, а также выделил «тяжелую землю» – оксид бария. Кроме того, воздействуя на «черную магнезию» соляной кислотой, Шееле открыл зеленоватый удушливый газ, названный им «дефлогистированной соляной кислотой». Позже этому газу было присвоено название «хлор».

Год спустя Шееле приготовил мышьяковую кислоту, затем – синильную, мочевую, щавелевую, молочную, лимонную, яблочную, галловую, а также глицерин. Особый интерес представляет выделение синильной кислоты из угольного ангидрида, угля и аммиака – этот опыт, по сути, стал первым органическим синтезом, осуществленным за 40 лет до Ф. Вёлера. Кроме того, Шееле первым получил и исследовал перманганат калия (всем известную марганцовку, которая теперь широко применяется в медицине), разработал способ получения фосфора из костей, открыл сероводород.

Однако наиболее значимым его трудом стал «Химический трактат о воздухе и огне» – свидетельство того, что Шееле за два года до Пристли и Лавуазье открыл кислород. Причем сделал это разными способами: прокаливанием оксида ртути, нагреванием карбоната ртути и карбоната серебра и т. д. Изучая природу огня, ученый задумался над тем, какое участие принимает в горении воздух. Он уже знал, что сто лет назад Р. Бойль доказал: свеча, уголь и всякое другое горючее тело могут гореть только там, где достаточно воздуха. Однако в те времена никто не мог толком объяснить, отчего так происходит и зачем, собственно, горящему телу нужен воздух.

Воздух тогда считался однородным веществом, которое нельзя расщепить на более простые составные части, и Шееле поначалу тоже придерживался такого мнения. Но все изменилось, когда он стал проводить опыты с различными химическими веществами в сосудах, плотно закрытых со всех сторон. Какие бы вещества Шееле ни пытался сжигать в этих сосудах, воздух внутри уменьшался на ¹⁄₅, и ту же часть объема заполняла вода. Это натолкнуло ученого на мысль, что воздух не однороден.

Далее Шееле принялся изучать разложение разных веществ (в том числе селитры) путем нагревания и получил газ, который поддерживал дыхание и горение. Вероятно, уже в 1771 г. при нагреве пиролюзита с концентрированной серной кислотой ученый наблюдал выделение «виртольного воздуха», поддерживающего горение, то есть кислорода. Пытаясь раскрыть загадку огня, Шееле неожиданно обнаружил, что воздух – не элемент, а смесь двух газов, которые он называл воздухом «огненным» и воздухом «негодным». Это было величайшим из всех его открытий.

Увы, хотя Шееле и был первым исследователем, получившим чистую пробу кислорода, выводы он опубликовал лишь в 1777 г., позже, чем Джозеф Пристли (1733—1804), поэтому формально и не стал первооткрывателем кислорода.

1 августа 1774 г. Пристли наблюдал выделение «нового воздуха» при нагревании ртутной окалины, находящейся под стеклянным колпаком без доступа атмосферного воздуха, с помощью двояковыпуклой линзы. Ртутная окалина была известна еще алхимикам под названием «меркуриус кальцинатус пер се», или «жженая ртуть», а сейчас это вещество называется оксидом ртути. Полученный при его нагревании газ ученый вывел через трубку в сосуд, заполненный ртутью, а затем из любопытства внес туда тлеющую свечу. Та вспыхнула ярким пламенем, и воодушевленный Пристли записал: «Я поместил под перевернутой банкой, погруженной в ртуть, немного порошка “меркуриус кальцинатус пер се”. Потом взял небольшое зажигательное стекло и направил лучи солнца прямо внутрь банки на порошок. Из порошка стал выделяться воздух, который вытеснил ртуть из банки. Я принялся изучать этот воздух, и меня удивило, даже взволновало до глубины души, что в этом воздухе свеча горит лучше и светлее, чем в обычной атмосфере».

Будучи сторонником теории флогистона («сверхтонкой огненной субстанции», якобы наполняющей все горючие вещества и высвобождающейся из них при горении), Пристли не смог объяснить суть процесса горения и защищал свои представления даже после того, как Антуан Лавуазье (1743—1794) обнародовал новую теорию.

Из своих собственных опытов, а также экспериментов Пристли и Шееле, Лавуазье уже знал, что с горючими веществами связывается лишь ¹⁄₅ часть воздуха, но природа этой части была ему неясна. Когда же Джозеф сообщил ему об открытии «дефлогистированного воздуха», Антуан сразу понял, что это и есть та самая часть, которая при горении соединяется с горючими веществами. Повторив опыты Пристли, Лавуазье заключил, что атмосферный воздух состоит из смеси «жизненного» (кислород) и «удушливого» (азот) газов, а процессы горения объяснил соединением веществ с кислородом.

В начале 1775 г. Лавуазье сообщил, что газ, получаемый после нагревания красной окиси ртути, представляет собой «воздух без изменений, за исключением того, что он более чист, более пригоден для дыхания». К 1777 г., вероятно не без намека Пристли, Лавуазье пришел к выводу, что это газ особой разновидности, один из основных компонентов, составляющих атмосферу. Правда, сам Пристли как сторонник теории флогистона с таким выводом никогда бы не согласился.

Исследования Лавуазье сыграли важную роль в развитии химии XVIII в.: созданная им научная теория горения знаменовала отказ от теории флогистона. В борьбе со сторонниками последней у Лавуазье был замечательный союзник – весы. Приступая к какому-либо опыту, ученый тщательно взвешивал все вещества, которые должны были вступить в реакцию, и еще раз взвешивал ее продукты по окончании опыта. По примеру Шееле, Лавуазье тоже сжигал фосфор в закрытой колбе, но не терялся в догадках, куда при горении исчезает пятая часть воздуха, поскольку весы давали ему точный ответ.

Прежде чем положить кусок фосфора в колбу, Лавуазье взвешивал его, а когда фосфор сгорал, взвешивал всю сухую фосфорную кислоту, оставшуюся в колбе. Согласно теории флогистона, фосфорная кислота должна была по весу уступать исходному материалу, ведь, сгорая, фосфор якобы разрушался и терял флогистон. Даже если бы флогистон был невесомым, фосфорная кислота весила бы ровно столько, сколько исходный фосфор. Однако выяснилось, что белый иней, оседавший на стенках колбы после горения, весил больше сгоревшего фосфора. Следовательно, «исчезнувшая» часть воздуха на самом деле никуда не девалась, а просто присоединялась к фосфору, в результате чего и получалась фосфорная кислота (теперь мы называем это вещество фосфорным ангидридом). Понимая, что горение фосфора – не исключительное явление, Лавуазье на других опытах показал: всякий раз, когда сгорает любое вещество или ржавеет металл, происходит то же самое.

К концу 1772 г. ученый представил Академии наук первые результаты – в частности, записи о том, что при сгорании серы и фосфора вес продуктов горения превышает вес исходных веществ за счет связывания воздуха, а вес свинцового глета (оксида свинца) при восстановлении до свинца уменьшается, но при этом выделяется значительное количество воздуха. В 1783 г. Лавуазье повторил опыты Кавендиша по сжиганию «горючего» воздуха (водорода) и сделал вывод, что «вода не есть простое тело», а является соединением водорода и кислорода, и ее можно разложить пропусканием водяного пара через раскаленный докрасна ружейный ствол. В 1877 г. ученый выступил со своей теорией горения на заседании Академии наук, существенно ослабив основы теории флогистона, окончательное поражение которой было нанесено исследованиями состава воды.

Впрочем, подробное изучение свойств кислорода и его роли в процессах горения привело Лавуазье к неправильному выводу, будто бы этот газ представляет собой кислотообразующее начало. В 1779 г. ученый даже ввел для кислорода название oxygenium (от греч. «окис» – кислый, «геннао» – рождаю), то есть «рождающий кислоты». И до конца своей жизни настаивал на том, что кислород представляет собой атомарный «элемент кислотности» и что образуется он только тогда, когда соединяется с «теплородом», «материей теплоты». То, о чем Лавуазье писал в своих статьях, было не столько открытием кислорода, сколько кислородной теорией горения. Эта теория стала ключом для перестройки химии, которую называют революцией в науке.

В настоящее время кислород очень широко используется во многих областях человеческой деятельности. Его применяют для ускорения химических процессов на производствах (например, в производстве серной и азотной кислот, в доменном процессе). Кислородом пользуются для получения высоких температур, для чего различные горючие газы (водород, ацетилен) сжигают в специальных горелках. Смеси жидкого кислорода с угольным порошком, древесной мукой или другими горючими веществами, называемые оксиликвитами, обладают очень сильными взрывчатыми свойствами и применяются при подрывных работах. Кислород давно и широко используют в медицине, при этом далеко не каждый анестезиолог-реаниматолог знает, каким же способом получают столь необходимый для его деятельности газ.